Efekt kola vozu (alternativně efekt kola vozu, efekt kola dostavníku, stroboskopický efekt) je optický klam, při kterém se zdá, že se kolo s paprskem otáčí jinak, než je jeho skutečná rotace. Kolo se může zdát, že se otáčí pomaleji, než je skutečná rotace, může se zdát, že je nehybné, nebo se může zdát, že se otáčí v opačném směru, než je skutečná rotace. Tato poslední forma efektu se někdy nazývá efekt obrácené rotace.
Efekt kola vozu se nejčastěji objevuje ve filmových nebo televizních vyobrazeních dostavníků nebo vozů v západních filmech, i když záznamy jakéhokoli pravidelně loukotového kola jej ukáží, jako jsou rotory vrtulníků a vrtule letadel. Běžně jej lze také vidět, když je rotující kolo osvětleno blikajícím světlem. Tyto formy efektu jsou známé jako stroboskopické efekty a vznikají z časového aliasingu: původní hladké otáčení kola je viditelné pouze přerušovaně. Verzi efektu kola vozu lze také vidět při nepřetržitém osvětlení.
Efekt Wagon-wheel za stroboskopických podmínek
Stroboskopické podmínky zajišťují, že viditelnost otáčejícího se kola je rozdělena do série krátkých epizod, ve kterých jeho pohyb buď chybí (v případě filmových kamer), nebo je minimální (v případě stroboskopů), přerušované delšími epizodami neviditelnosti. Obvykle se dřívější epizody nazývají snímky. Filmová kamera obvykle pracuje s 24 snímky za sekundu a standardní televize pracuje s 59,94 nebo 50 snímky za sekundu (videosnímek jsou dva samostatné snímky; viz prokládání.) Stroboskop může mít typicky svou frekvenci nastavenou na libovolnou hodnotu. Umělé osvětlení, které je časově modulováno při napájení střídavým proudem, jako jsou výbojky plynu (včetně neonů, rtuťových par, sodíkových par a zářivek), bliká při dvojnásobné frekvenci elektrického vedení (například 120 krát za sekundu na 60cyklové lince). V každém cyklu proudu výkon vrcholí dvakrát (jednou kladným napětím a jednou záporným napětím) a dvakrát jde k nule a světelný výkon se podle toho mění. Ve všech těchto případech člověk vidí rotující kolo za stroboskopických podmínek.
Představte si, že skutečné otáčení čtyřpaprskového kola je ve směru hodinových ručiček. První instance viditelnosti kola může nastat, když jeden paprsek je na 12 hodinách. Pokud v době, kdy dojde k další instanci viditelnosti, se paprsek dříve na 9 hodinách posunul do polohy 12 hodin, pak divák bude vnímat kolo jako nehybné. Pokud na druhé instanci viditelnosti se další paprsek posunul do polohy 11:30, pak divák bude vnímat, že se kolo otáčí dozadu. Pokud na druhé instanci viditelnosti se další paprsek posunul do polohy 12:30, pak divák bude vnímat, že se kolo otáčí dopředu, jakkoli pomaleji, než se kolo ve skutečnosti otáčí. Efekt se opírá o vlastnost vnímání pohybu nazývanou beta pohyb: pohyb je viděn mezi dvěma objekty v různých polohách ve vizuálním poli v různých časech za předpokladu, že objekty jsou podobné (což platí o paprskových kolech – každý paprsek je v podstatě totožný s ostatními) a za předpokladu, že objekty jsou blízko (což platí o původně 9-hodinovém paprsku ve druhém okamžiku – je blíže k 12-ti hodinám než původně 12-hodinový paprsek).
Efekt kola vozu je využíván při některých inženýrských úkolech, jako je například úprava načasování motoru. Stejný efekt může způsobit, že některé rotující stroje, jako jsou soustruhy, mohou být nebezpečné pro provoz za umělého osvětlení, protože při určitých rychlostech se stroje budou falešně jevit jako zastavené nebo se budou pohybovat pomalu.
Finlay, Dodwell a Caelli (1984) a Finlay a Dodwell (1987) studovali vnímání rotujících kol pod stroboskopickým osvětlením, když trvání každého snímku bylo dostatečně dlouhé na to, aby pozorovatelé viděli skutečnou rotaci. Navzdory tomu byl směr rotace ovládán efektem vozu-kola. Finlay a Dodwell (1987) argumentovali, že existují určité kritické rozdíly mezi efektem vozu-kola a Beta pohybu, ale jejich argumentace konsenzus neporušila.
Efekt kola vozu při nepřetržitém osvětlení
Rushton (1967) pozoroval efekt kola vozu při nepřetržitém osvětlení za bzučení. Bzučení vibruje oči v důlcích, čímž účinně vytváří stroboskopické podmínky v oku. Bzučením na frekvenci násobku frekvence otáčení byl schopen otáčení zastavit. Bzučením na mírně vyšších a nižších frekvencích byl schopen otáčení pomalu zvrátit a otáčení se pohybovat pomalu ve směru otáčení. Podobný stroboskopický efekt je nyní běžně pozorován u lidí, kteří jedí křupavé potraviny, jako je mrkev, při sledování televize. Křupavé vibrace vibrují oči na násobku rychlosti záběru televize. Kromě vibrací očí může být efekt vyvolán pozorováním kol prostřednictvím vibračního zrcátka. Zpětná zrcátka ve vibrujících autech mohou efekt vyvolat.
Prvním, kdo pozoroval efekt kola vozu při skutečně nepřetržitém osvětlení (například ze slunce), byl Schouten (1967). Rozlišoval tři formy subjektivní stroboskopie, kterou nazýval alfa, beta a gama: Alfa stroboskopie se vyskytuje v 8-12 cyklech za sekundu; kolo se zdá být nehybné, i když „některé sektory [paprsky] vypadají, jako by předváděly překážkový závod nad stojícími“ (str. 48). Beta stroboskopie se vyskytuje v 30-35 cyklech za sekundu: „Odlišnost vzoru téměř zmizela. Občas je vidět jednoznačná protirotace šedivě pruhovaného vzoru“ (str. 48-49). Gama stroboskopie se vyskytuje v 40-100 cyklech za sekundu: „Disk se zdá být téměř stejnoměrný až na to, že na všech sektorových frekvencích je vidět stojící šedivý vzor … v chvilkovém druhu zastavení“ (str. 49-50). Schouten interpretoval beta stroboskopii, obrácenou rotaci, jako konzistentní s Reichardtovými detektory v lidském vizuálním systému pro kódování pohybu. Vzhledem k tomu, že paprskovité vzory kol, které použil (radiální mřížky), jsou pravidelné, mohou silně stimulovat detektory pro skutečnou rotaci, ale také slabě stimulovat detektory pro obrácenou rotaci.
Purves, Paydarfar a Andrews (1996) také hlásili obrácenou rotaci radiálních mřížek. Dospěli však k závěru, že to je důkaz, že lidské vizuální vnímání bere řadu statických snímků vizuální scény a že pohyb je vnímán podobně jako film. To lze nazvat teorií diskrétních snímků.
Kline, Holcombe a Eagleman (2004) potvrdili pozorování obrácené rotace s pravidelně rozmístěnými tečkami na rotujícím bubnu. Nazvali to „iluzorní obrácení pohybu“. Ukázali, že k nim došlo až po dlouhé době prohlížení rotujícího displeje (u některých pozorovatelů od cca 30 sekund až po 10 minut). Ukázali také, že výskyt obrácené rotace byl v různých částech vizuálního pole nezávislý. To je v rozporu s diskrétními snímky pokrývajícími celou vizuální scénu. Kline, Holcombe a Eagleman (2006) také ukázali, že obrácená rotace radiální mřížky v jedné části vizuálního pole byla nezávislá na překrytém ortogonálním pohybu ve stejné části vizuálního pole. Ortogonální pohyb byl tvořen kruhovou mřížkou, která se smršťovala tak, aby měla stejnou časovou frekvenci jako radiální mřížka. To je v rozporu s diskrétními snímky pokrývajícími místní části vizuální scény. Kline a kol. (2004) došli k závěru, že obrácené rotace byly v souladu s Reichardtovými detektory pro obrácený směr rotace, které se staly dostatečně aktivními, aby dominovaly vnímání skutečné rotace formou rivality. Dlouhá doba potřebná k vidění obrácené rotace naznačuje, že k neurální adaptaci detektorů reagujících na skutečnou rotaci musí dojít dříve, než slabě stimulované detektory obrácené rotace mohou přispět k vnímání.
Od roku 2006 se možná objevily malé pochybnosti o výsledcích Kline et al. (2004), aby se udrželi stoupenci teorie diskrétních snímků. Tyto pochybnosti zahrnují zjištění Kline et al. u některých pozorovatelů více případů souběžných zvratů z různých částí zorného pole, než by se očekávalo náhodou, a zjištění u některých pozorovatelů rozdílů v rozložení trvání zvratů od toho, co by se očekávalo při čistě rivalitním procesu (Rojas, Carmona-Fontaine, López-Calderón, & Aboitiz, 2006). Tyto pochybnosti by však pravděpodobně nepoznamenaly problém pro zbytek, který by souhlasil s tím, že efekt vozu-kola při nepřetržitém osvětlení neposkytuje důkaz teorie diskrétních snímků. Spíše je to v souladu s rivalitou mezi detektory pohybu.
Zdánlivá zpětná rotace může být také úmyslně vyvolána orientováním šroubů (nebo jiných reflexních předmětů) kola tak, aby plošky každé šroubu vytvářely jasný odraz v postupně se měnící poloze. Například u šestihranných matic na kole s deseti šrouby na velkém nákladním voze mohou být všechny šrouby nastaveny dvěma ploškami rovnoběžnými k jedné přímce. Když se pak kolo roztočí, uvidí se vzorec pomalu se pohybujících záblesků a místo záblesků se zmenší o 1/6 otáčení, jak se kolo jednou otočí. Tento vzorec orientovaných šroubů může nastat náhodně, pokud byly šrouby utaženy ručně pomocí montážní páky na pneumatiky.